x64下隐藏可执行内存


前言

我们如果想要实现进程隐藏在3环通常会使用到PEB断链去达到隐藏进程的效果,但是那只是表面上的进程隐藏,所有内存的详细信息都会被储存在vad树里面,这里我们就来探究在64位下如何隐藏可执行内存

vad

VAD是管理虚拟内存的,每一个进程有自己单独的一个VAD树,使用VirtualAlloc申请一个内存,则会在VAD树上增加一个结点,其是_MMVAD结构体

dt _MMVAD

image-20220329154007738.png

这里找一个进程,因为是根节点所以没有父节点

image-20220329154131189.png

然后往左遍历二叉树,在下一个节点处的父节点指向了上一个二叉树

image-20220329154230061.png

注意StartingVpnEndingVpn这两个结构,描述了当前页的位置,以4kb为单位,即0x400000到0x488000这一块内存空间已经被占用了

image-20220329154654585.png

在0x18有一个ControlArea结构,描述了这块结构体到底被谁占用,这里跟进去看0x24有一个FilePointer结构,如果这里的值为0就是一个真正的物理页,如果有值继续往里面找

image-20220329155005328.png

这里对应了Dbgview.exe

image-20220329155328329.png

在操作系统里面分配的内存只可能有两种类型,一种是VirtualAlloc自己分配的内存,一种是文件映射使用CreateFileMapping的内存,当ControlAreaFilePointer值为空的时候则是我们自己用VirtualAlloc分配的内存,还没有对应,如果值不为空则是文件映射的内存

分页机制

在32位里面有2-9-9-1210-10-12两种分页模式,而在64位下只有一种分页模式,即9-9-9-9-12分页模式

随着计算机技术的发展,64位系统逐渐占据主流地位,那么也就表示CPU的最大寻址范围为64位。但实际上,CPU只使用了其中的48位用于寻址,并使用9-9-9-9-12分页模式。即便如此,在未来较长一段时间里,48位寻址范围也足够大部分人的日常使用了

9-9-9-9-12分页表示物理地址拥有四级页表,在Intel开发手册中,将这四级页表分别称为PML4EPDPTEPDEPTE,但微软的命名方式略有不同,将这四级页表分别称为PXEPPEPDEPTEWinDbg中也是如此

image-20220504165636253.png

启用分页模式条件:cr0.PG = 1cr0.PE = 1

根据不同CPU架构及特性主要分为三种模式,处于哪种模式视寄存器属性不同:

  • 32-bit paging(32位OS): cr0.PG = 1cr4.PAE = 0
  • PAE paging(32位OS且开启了PAE): cr0.PG = 1cr4.PAE = 1IA32_EFER.LME = 0
  • IA-32e paging(64位OS): cr0.PG = 1cr4.PAE = 1IA32_EFER.LME = 1

需要注意的是

  1. 32bit下,每个entry(表项)是4字节大小;而在PAE和IA-32e下,每个entry是8字节大小
  2. 在x64体系中只实现了48位的virtual address,高16位被用作符号扩展,这高16位要么全是0,要么全是1。所以在讨论64bit地址的时候,高16位不使用

我们主要研究的是IA-32e模式下的内存,这里IA-32e提供了三种页转换模型:

  • 4k:PML4t,PDPT,PDT和PT
  • 2M:PML4T,PDPT和PDT
  • 1G:PML4T和PDPT

在4kb小页的情况下,64位可以拆分为一下几段,即9-9-9-9-9-12分页

sign extended -- 符号扩展位 --- 在线性地址48~63bit
PML4 entry -- 在线性地址39~47bit用于索引PML4 entry,指向PDP
PDP entry -- 在线性地址的30~38bit用来索引PDP entry,指向PDE
PDE entry -- 在线性地址的21~29bit用来索引PDEentry,指向PTE
PTE entry -- 在线性地址的12~20bit用来索引PTE entry,指向page offset
page offse t -- 在线性地址的0~11bit提供在页中的offset

这里我们手动去找一下,前3位为符号扩展位,直接去掉

image-20220420103031572.png

可以看到PXEPPEPDEPTE都是能够对应上的

image-20220420103147049.png

页表基址

  • 一个进程该如何访问自己的物理页呢?可以通过读取Cr3的值进行访问吗?

答案是不行,Cr3中保存的页表基址是物理地址,程序如果直接访问这个地址,虽然看上去值是一样的,但实际上访问的是一个线性地址,会被虚拟内存管理器解析成另一个地址

实际上,操作系统会将当前进程的物理页映射在某个线性地址中,以供程序读取自己的页表内容

在x86系统中,页表基址是固定的,位于0xC0000000,将这个线性地址进行解析,访问其物理页的内容,会发现从这个地址开始,里面保存的数据为当前程序的所有物理页地址

而在x64系统中,页表基址不再是固定的值,而是每次系统启动后随机生成的可以在WinDbg中查看0地址对应的线性地址来确定当前的页表基址

可以看到,当前系统的页表基址的线性地址为0xFFFFF38000000000,注意,只有后48位才是有效地址

其中,每个物理页占8个字节,例如,第一个物理页地址位于线性地址0xFFFFF38000000000,第二个物理页地址位于线性地址0xFFFF800000000008,每个物理页中包含1024个字节的数据

image-20220419212509051.png

MiIsAddressValid

我们在这里初步了解了windows的内存管理,那么这里我们去看一下windows是如何实现分页机制的,这里使用到MiIsAddressValid这个API

image-20220504170429995.png

我们首先看一下win7下MiIsAddressValid的实现

image-20220504171516062.png

shr eax, 14hand eax, 0FFC相当于eax右移16位再乘以4,然后判断PS位是否为0,如果为0则不合法,则将al清零

image-20220504204400160.png

在64位下,存在三种不同大小的页面,分别为大页、中页、小页。其大小分别为1GB、2MB、4KB。这里判断al不等于0则继续向下执行,这里jns是通过判断SF=0,如果SF=0成立则跳转

image-20220504205545977.png

这里仍然后一个右移的操作,是为了将段选择子分为9-9-9-9-12五部分,然后判断P位是否有效和PAT是否为1

image-20220504205653192.png

这里其实看伪代码逻辑会更清晰一点,我们可以可以发现通过一系列的移位操作得到对应的PXEPPEPDEPTE并判断P位验证是否有效

image-20220504210754899.png

那么这里我们就可以通过减去的数值取反,然后加1即可得到对应基址,通过计算得到win7 64位下的PTE_Base = fffff68000000000

我们再去看一下win10下的MiIsAddressValid函数

.text:00000001400AD930 _MmIsAddressValid proc near             .text:000000014000FB6E
.text:00000001400AD930                                         
.text:00000001400AD930                 mov     rax, rcx
.text:00000001400AD933                 sar     rax, 48                               
                                                 ;取得线性地址的   16
.text:00000001400AD937                 inc     rax
.text:00000001400AD93A                 cmp     rax, 1
.text:00000001400AD93E                 ja      loc_1400AD9D3   
                                 ; 16位要么全0, 要么全1 ,加一后大于1则不合法,直接返回false
.text:00000001400AD944                 mov     rax, rcx
.text:00000001400AD947                 mov     rdx, 0FFFFF6FB7DBED000h
                                                     ; PML4T 的虚拟地址
.text:00000001400AD951                 shr     rax, 39        
                                                   ; 将虚拟地址右移39
.text:00000001400AD955                 and     eax, 1FFh      
                                                   ; 拿到pml4数组的下标
.text:00000001400AD95A                 test    byte ptr [rdx+rax*8], 1
                                                 ; 检测PML4T项p位
.text:00000001400AD95E                 jz      short loc_1400AD9D3
                                                  ; p=0 则直接返回false
.text:00000001400AD960                 mov     rax, rcx
.text:00000001400AD963                 mov     rdx, 0FFFFF6FB7DA00000h
.text:00000001400AD96D                 shr     rax, 27         
                                                ; 右移30 ,再  8 ,相当于右移27
.text:00000001400AD971                 and     eax, 1FFFF8h   
                                                ; 8字节对齐 得到PDPT的偏移
.text:00000001400AD976                test    byte ptr [rax+rdx], 1
                                               ; 检测PDPT项的p位 rax+rdx=PDPT的首地址
.text:00000001400AD97A                jz      short loc_1400AD9D3
.text:00000001400AD97C                 mov     rdx, -0FFFFF6FB40000000h
.text:00000001400AD986                 mov     rax, rcx
.text:00000001400AD989                 shr     rax, 18        
                                                  ; 右移21位,再乘8 ,相当于右移18
.text:00000001400AD98D                 and     eax, 3FFFFFF8h       
                                                   ;得到PDT的偏移
.text:00000001400AD992                 sub     rax, rdx      
                                                 ; rax = rax + 0FFFFF6FB40000000h  
.text:00000001400AD995                 mov     rdx, [rax]               
                                                ;此时rax指向PDT中的 某一项
.text:00000001400AD998                 test    dl, 1         
                                                  ; 检测PDT项p位
.text:00000001400AD99B                 jz      short loc_1400AD9D3
.text:00000001400AD99D                 test    dl, dl
.text:00000001400AD99F                 js      short loc_1400AD9D6
                                                     ; 是否开启PSE,是的话直接返回真
.text:00000001400AD9A1                 shr     rcx, 9         
                                                    ; 右移12,再乘 8 ,相当于右移9
.text:00000001400AD9A5                 mov     rax, 7FFFFFFFF8h ; 8字节对齐
.text:00000001400AD9AF                 and     rcx, rax               
.text:00000001400AD9B2                 mov     rax, -0FFFFF68000000000h
.text:00000001400AD9BC                 sub     rcx, rax
.text:00000001400AD9BF                 mov     rax, [rcx]       
                                                   ;此时RCX指向PT的的某一项
.text:00000001400AD9C2                 test    al, 1
.text:00000001400AD9C4                 jz      short loc_1400AD9D3
                                                   ; 检测PT项的P位
.text:00000001400AD9C6                 mov     r8b, 80h
.text:00000001400AD9C9                 and     al, r8b
.text:00000001400AD9CC                 cmp     al, r8b
.text:00000001400AD9CF                 setnz   al            
                                                  ; 检测PT项的PAT位是否存在,不存在返回真
.text:00000001400AD9D2                 retn
.text:00000001400AD9D3 ; ---------------------------------------------------------------------------
.text:00000001400AD9D3
.text:00000001400AD9D3 loc_1400AD9D3:                          
.text:00000001400AD9D3                                         
.text:00000001400AD9D3                 xor     al, al
.text:00000001400AD9D5                 retn
.text:00000001400AD9D6 ; ---------------------------------------------------------------------------
.text:00000001400AD9D6
.text:00000001400AD9D6 loc_1400AD9D6:                         _
.text:00000001400AD9D6                 mov     al, 1
.text:00000001400AD9D8                 retn
.text:00000001400AD9D8 _MmIsAddressValid endp

在win10 1607版本以后,微软更改了策略,将页目录基址更改为了随机地址,那么我们之前在win7里面直接定位PTE_Base的方法就不可用,那么我们就可以使用提取特征码的方式去定位内核模块的地址

首先在WinDbg中定位内核模块的地址

image-20220420102547386.png

然后在内核模块中搜索与当前页表基址相同的值出现的位置,当前页表基址为0xFFFF800000000000

image-20220420102559314.png

接着,在IDA中定位到数据所在的位置,可以看到是某行代码引用了这个值的硬编码

image-20220420102611892.png

在WinDbg中查看这段代码,能够识别到位于CcUnpinFileDataEx函数。那么,由于系统每次启动时基址是不固定的,因此这些值也不可能是固定的硬编码,肯定对这些值进行了修改,在需要使用时,可以通过固定的偏移量提取硬编码,从而得到页表基址,但要注意不同版本的内核文件的偏移量可能是不同的

image-20220420102628929.png

代码实现

那么这里我们首先编写4个函数分别定位PTEPDEPPEPXE,这里g_PTE_BASE就分为两种情况

PULONG64 GetPteAddress(PVOID addr)
{
    return (PULONG64)(((((ULONG64)addr & 0xffffffffffff) >> 12) << 3) + g_PTE_BASE);
}

PULONG64 GetPdeAddress(PVOID addr)
{
    return (PULONG64)(((((ULONG64)addr & 0xffffffffffff) >> 21) << 3) + g_PDE_BASE);
}

PULONG64 GetPpeAddress(PVOID addr)
{
    return (PULONG64)(((((ULONG64)addr & 0xffffffffffff) >> 30) << 3) + g_PPE_BASE);
}

PULONG64 GetPxeAddress(PVOID addr)
{
    return (PULONG64)(((((ULONG64)addr & 0xffffffffffff) >> 39) << 3) + g_PXE_BASE);
}

当系统为win7或者win10 1607以下版本的时候就可以直接将g_PTE_BASE定义成固定的地址

    if (versionNumber == 7600 || versionNumber < 14393)
    {
        g_PTE_BASE = 0xFFFFF68000000000ull;
        return g_PTE_BASE;
    }

如果为win10 1607以上的版本就需要自己通过逆向的方式提取硬编码进行定位,这里我通过MmGetVirtualForPhysical函数加偏移的方式进行定位

        UNICODE_STRING Name = { 0 };
        RtlInitUnicodeString(&Name, L"MmGetVirtualForPhysical");
        PUCHAR func = (PUCHAR)MmGetSystemRoutineAddress(&unName);
        pte_base = *(PULONG64)(func + 0x22);
        return pte_base;

那么这里要得到系统版本,就需要用到RtlGetVersion进行判断,这里注意,在win7以后如果直接使用GetVersion会失败,必须调用更底层的RtlGetVersion才能得到具体的版本

image-20220504214628464.png

NTSTATUS status = RtlGetVersion(&version);

这里我们明确一下思路,我们想要隐藏可执行内存,那么就可以首先申请一块可读可写的内存,然后通过修改PXE的最高位为0即可达到可执行的效果

例如下面的程序,PXE的最高位为8,则内存是没有可执行权限的

image-20220424202559150.png

那么这里我们找到目标进程,然后通过KeStackAttachProcess函数实现进程挂靠,即把自己的cr3换成目标进程的cr3

    NTSTATUS status = PsLookupProcessByProcessId(pid, &Process);
    KAPC_STATE kapc_state = { 0 };
    KeStackAttachProcess(Process, &kapc_state);

我们将cr3切换为目标进程的cr3之后就可以使用ZwAllocateVirtualMemory先分配一块可读可写的内存

status = ZwAllocateVirtualMemory(NtCurrentProcess(), &BaseAddress, 0, &size, MEM_COMMIT, PAGE_READWRITE);

通过RtlMoveMemory写入shellcode并修改内存为可执行权限,这里我们直接定位到pte和pde修改即可将pxe的最高位置0

首先将前3位符号位去掉得到内存的起始地址和结束地址

    ULONG64 startAddress = VirtualAddress & (~0xFFF); 
    ULONG64 endAddress = (VirtualAddress + size) & (~0xFFF); 

这里写一个循环判断,必须每一块内存都需要修改

for (ULONG64 i = startAddress; i <= endAddress; i += PAGE_SIZE)

结合MmIsAddressValid并判断valid是否为1,这里如果valid为0则该块内存无效,然后将no_execute置0即可获得可执行权限

PHardwarePte pde = GetPdeAddress(i);
PHardwarePte pte = GetPdeAddress(i);

if (MmIsAddressValid(pde) && pde->valid == 1)
{
    pde->no_execute = 0;
    pde->write = 1;
}

if (MmIsAddressValid(pte) && pte->valid == 1)
{
    pte->no_execute = 0;
    pte->write = 1;
}

那么这里我们调用SetExecute函数将我们之前分配的可读可写内存修改为可读可写可执行权限

SetExecute(BaseAddress, size);

然后使用KeUnstackDetachProcess还原cr3

KeUnstackDetachProcess(&kapc_state);

实现效果

在64位下VadRoot位于EPROCESS结构体的7d8偏移处

image-20220504221446105.png

起一个notepad.exe进程定位到vad

image-20220504221800112.png

然后这里可以看到有97块内存

image-20220504221852378.png

我们加载一下驱动,可以看到修改了pte的值,将最高位的8改为了0,分配的这块内存地址为222F5EB0000

image-20220504223225749.png

我们看下没有加载驱动之前vad树里面是没有这块内存的

image-20220504223334000.png

加载驱动之后可以看到这是一块READWRITE内存

image-20220504223354777.png

这里定位到地址可以看到shellcode执行成功,证明这块内存已经修改为可执行内存,但是在vad树里面仍然显示为可读可写内存

image-20220504223943911.png

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kinding

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kinding

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路人甲@@

https://github.com/ice-doom/CodeQLRule 代

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shungli923

师傅,催更啊!!!

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1ue1uekin8

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